Optimisés. Fonctions Délais Coûts. Postes électriques PS-1

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1 Fonctions Délais Coûts Optimisés Postes électriques PS-1 Collectif rédactionnel Elaborer un concept qui réduit de moitié les délais de livraison moyens des postes de transformation clé en main, tel était l objectif ambitieux des ingénieurs d ABB chargés de développer un produit répondant aux besoins actuels du marché. En prenant comme point de départ les fonctionnalités globales du poste, ils ont concentré leurs efforts sur la réduction des coûts d investissement et d exploitation par l utilisation de produits prédéveloppés et l intégration des meilleurs composants. Résultat: une plate-forme qui accélère chaque étape d un projet de poste et procure des avantages concurrentiels réels aux clients. PS-1 est un concept moderne, basé aussi bien sur la technologie à isolation dans l air qu à isolation gazeuse, pour des tensions jusqu à 145 kv. L ouverture et la déréglementation des marchés de l énergie électrique bouleversent les règles de la distribution d électricité et, partout dans le monde, exercent une pression de plus en plus forte sur les prix des fournisseurs d électricité et opérateurs de réseaux. Conséquence: les opérateurs et fournisseurs de postes doivent réduire leurs propres coûts sans sacrifier la qualité. Une première solution consiste à simplifier les processus de conception, de construction et d exploitation des postes. Une deuxième vise à s affranchir du nombre exorbitant de configurations et de technologies traditionnelles pour se concentrer uniquement sur celles qui répondent le mieux aux fonctions réalisées par les 20 Revue ABB 1/2002

2 1 Fonctionnalités de base des postes PS-1 postes électriques. La définition de leur fonction de base est simple: interconnecter différents réseaux et assurer le transit d énergie avec une marge de sécurité suffisante. Si, maintenant, les modalités techniques de cette mission ne sont pas définies avec trop de détails, étant remplacées par des «spécifications fonctionnelles», le potentiel de réduction des coûts est considérable. Analyse et définition Les exigences fonctionnelles générales des postes typiques demeurent inchangées malgré l évolution du marché. Une analyse de ces exigences, menée par une équipe multinationale réunie par ABB, et une série d entretiens auprès de clients pour valider les résultats, ont montré que, pour certaines applications types de distribution et basse tension, le poste s apparente à une «boîte noire» dans laquelle la tension est transformée et l énergie entrante répartie entre un certain nombre de lignes de départ. Sur la base de cette analyse, ABB a développé un concept de poste entièrement nouveau, baptisé PS-1. Les solutions PS-1 sont des postes de transformation complets, prédéveloppés, rapides à installer et à mettre en service, avec des fonctionnalités techniques clairement définies et optimisées selon l application. A partir de l étude des configurations fonctionnelles de postes typiques, ABB a conçu des postes aux fonctionnalités techniques de base suivantes, réalisables avec PS-1 1 : Raccordement au réseau HT par une ou deux lignes ( kv) Transformation par un ou deux transformateurs de puissance (10-40 MVA chacun) Raccordement au réseau MT par un 110 kv- 145 kv MVA 12 kv/ 24 kv maximum de 20 lignes (12/24 kv) D autres exigences peuvent être satisfaites, notamment celles liées au site d installation ou à l environnement du poste qui fixent le choix d un appareillage de sectionnement, isolé dans l air ou à isolation gazeuse, ou qui dictent le niveau d isolement de base ou le courant de court-circuit. La disponibilité du poste est toujours un facteur très important, car c est un paramètre essentiel de détermination des fonctions et donc de coût; elle a joué un rôle clé dans le choix des configurations qui font désormais partie de l offre PS-1. Un offre prédéveloppée et optimisée L analyse fonctionnelle a montré qu il était possible de définir clairement la structure des postes et de limiter le nombre de variantes avec des avantages couvrant l ensemble des étapes d un projet, depuis la planification initiale jusqu au développement détaillé des interfaces, sa fabrication, son montage et ses essais, ainsi que les travaux de génie civil, le transport, l installation et la mise en service. En standardisant toutes les étapes et tous les flux physiques, c est tout le processus qui peut être simplifié et donc optimisé. Les opérateurs tirent également profit de cette optimisation car elle leur permet de réduire leurs besoins de planification, de supervision et de maintenance. Une définition claire a donc été la priorité absolue qui a guidé tous les aspects du projet PS-1. Par exemple, tous les équipements du poste sont identifiés Revue ABB 1/

3 2 Exemple de structure d un poste PS-1 (solution à isolation dans l air). Configuration d un poste alimentant un réseau MT et devant maintenir un transit d énergie moyen entre les postes raccordés. dès l étude de conception. Sauf pour quelques adaptations mineures concernant les interfaces externes (ex., intégration du poste dans le système de protection et de contrôle-commande du réseau auquel il est raccordé), l étude du projet est également achevée en phase de développement du concept. La conception interne est entièrement basée sur les normes CEI/ANSI. Sont également définis dans le détail: les approvisionnements, les procédés de production, la logistique et l installation. Tout ceci contribue à raccourcir substantiellement le temps de réalisation d un projet par rapport à celui des postes traditionnels. Configurations des postes Une étude de disponibilité exhaustive a également été menée par ABB pour déterminer les types de postes et les modes de raccordement les plus courants, afin de définir les configurations fonctionnelles de l offre PS-1. L étude exhaustive a porté sur la technologie à isolation dans l air et à isolation gazeuse HT (par souci de simplification, seuls les résultats des postes à isolation gazeuse sont présentés ci-après). Sur la base de cette étude, deux types de postes ont été définis: Les postes principaux, dotés soit d une ligne d arrivée du réseau de transport, soit de trois raccordements ou plus au réseau de distribution. Les postes de transformation, connectés au sous-réseau de transport côté HT par un ou deux circuits. Ils assurent principalement des fonctions de fourniture locale, par exemple en jouant le rôle d une arrivée au niveau de la distribution en moyenne tension (MT). Ils comportent généralement un ou deux transformateurs HT/MT de 10 MVA à 80 MVA. Parmi ces deux types de poste, les postes de transformation ont été retenus pour les solutions PS-1 à isolation gazeuse et dans l air. Ensuite, les postes ont été classés selon leur fonction principale dans le réseau qui, à son tour, détermine le mode de raccordement: Raccordement radial mono ou double circuit: Ces postes ne remplissent qu une fonction de fourniture, à savoir qu ils ne servent qu à alimenter le réseau. Raccordement en boucle: Ces postes interconnectent d autres postes de transformation ou principaux. Outre leur fonction de fourniture, ils assurent une fonction de transit. Dans chaque cas, la disponibilité du poste a été déterminée par la méthode de calcul probabiliste, largement reconnue et validée au niveau international. Elle prend systématiquement en compte le mode de défaillance de pièces spécifiques du matériel et tous les modes de défaillance pertinents. Sur la base de l analyse quantitative de la disponibilité et du coût des équipements correspondants, quatre des dix configurations étudiées ont été retenues pour une solution PS-1 à isolation gazeuse [1]. Le PS-1 prend forme... Si le facteur disponibilité est primordial, d autres paramètres sont également importants lors du choix d une configuration de poste. Ces paramètres dépendent à leur tour de facteurs comme le mode d exploitation du poste ou sa stratégie de maintenance. Une solution a été développée pour les parties HT des postes PS-1 (aussi bien à isolation gazeuse que dans l air) qui confère une souplesse d adaptation aux contraintes des différents domaines d application. Pour l isolation dans l air, huit configurations ont été retenues, y compris celle illustrée en 2 ; pour 22 Revue ABB 1/2002

4 Poste PS-1 110/12 kv construit pour un opérateur en Estonie. l isolation gazeuse, quatre configurations ont été définies.... avec des équipements de pointe Un des atouts essentiels du poste PS-1, à isolation gazeuse comme à isolation dans l air, est l utilisation d équipements les plus modernes. Ainsi, les plus récents disjoncteurs ABB sont utilisés dans la solution à isolation dans l air, alors que dans la solution à isolation gazeuse, l appareillage compact HT d ABB, isolé au SF 6, garantit un encombrement minimum. Pour élargir encore plus les domaines d application, des isolateurs en polymère sont utilisés dans tous les PS-1. La faible sensibilité à la pollution de ce matériau est un des nombreux avantages de ce composant. Le PS-1 est également le premier concept de poste intégré à s appuyer sur une standardisation et une optimisation poussées des transformateurs de puissance. Les cellules de l appareillage de sectionnement MT sont dotées de calculateurs avancés qui assument les fonctions de sécurité, contrôle-commande, mesure et communication. Par ailleurs, tous les compartiments sont dotés de dispositifs de sécurité active comme la protection contre les défauts d arc. Soulignons également l importance de l équipement de protection et de contrôle-commande, basé sur des systèmes à relais numériques qui facilitent l intégration du poste dans les réseaux environnants. Avec toutes ces fonctionnalités avancées, le poste PS-1 est parfaitement équipé pour exploiter les avantages de l architecture Industrial IT d ABB, développée pour aider les entreprises à réaliser des solutions temps réel englobant l ensemble de leurs systèmes d automatisation et d information. L intégration transparente et en temps réel de tous les systèmes automatisation des postes électriques, gestion des équipements des postes et travail collaboratif est la clé d une gestion énergétique plus fiable et plus efficace dans les années à venir. Une logistique performante de bout en bout Tous les aspects des solutions PS-1, de la définition du projet à la mise en service du poste, ont été optimisés pour réaliser un objectif ambitieux: réduire de moitié les délais de livraison moyens des postes clé en main. Ainsi, par exemple, les spécifications du projet se résument à une description fonctionnelle du poste et une définition des interfaces externes. Le Configurateur PS-1 (outil logiciel) peut être utilisé pour établir rapidement les paramètres fonctionnels et élaborer la structure d ensem- Revue ABB 1/

5 ble du système, y compris le choix de l équipement le plus approprié et la documentation complète. La planification bénéficie également de cette simplification: l intégration du poste dans le réseau local se limite aux réglages finaux qui sont facilités par les interfaces standardisées des équipements. La fabrication, le montage et les essais préliminaires sont tous plus rapides avec le concept PS-1. Pour gagner du temps sur le site d installation, les composants importants du poste sont pré-assemblés et leurs fonctionnalités entièrement contrôlées en usine. La préparation de l équipement avant son transfert au site a également l avantage de réduire considérablement la durée des travaux de génie civil. Tous les composants du PS-1 arrivent sur le site ensemble et en temps voulu. L installation s effectue beaucoup plus vite que pour un projet traditionnel. La mise en service est également accélérée du fait des essais préalables des pièces en usine. Les tâches de planification et de supervision de l installation par le client sont aussi réduites au minimum par l optimisation du concept PS-1. De succès en succès Avec son PS-1, ABB offre aux exploitants de réseaux, et au secteur dans son ensemble, un concept général de poste spécifiquement conçu pour le contexte actuel du marché. Il apporte une réponse adaptée aux besoins de solutions novatrices à moindre coût sans compromettre la qualité ni la fiabilité. La réussite du concept se transforme déjà en réussite commerciale. Des postes PS-1 ont été livrés à des clients de secteurs très différents, pour des applications variées dans plusieurs régions du monde. Ainsi, par exemple, des compagnies d électricité au Brésil, en Roumanie et en Suède en ont installés sur leurs réseaux BT et de distribution. Mais elles ne sont pas les seules à apprécier les avantages des postes PS-1: des clients industriels, qui ont pour objectif stratégique d avoir leur propre accès au réseau, choisissent également les solutions PS-1. Citons des sites d exploration pétrolière, une usine papetière et une importante usine automobile. La chaîne de distribution américaine Walgreens, a également choisi un poste PS-1 pour l alimentation électrique de son nouvel entrepôt dans l Ohio. Le poste abaissera la tension de 115 kv à 12,47 kv, niveau exigé par les installations. Plus récemment, un producteur indépendant d énergie en Allemagne a retenu des postes PS-1 pour raccorder sa nouvelle ferme éolienne au réseau de transport local. Tous ces clients n ont pas choisi les postes PS-1 uniquement pour leurs délais de construction et de mise en service; ils sont également convaincus qu ils fixent de nouveaux standards pour l avenir. Autre fait important, les postes PS-1 offrent tous ces avantages sans compromis, réalisant les mêmes fonctionnalités et garantissant la même fiabilité que les postes traditionnels d ABB. Bibliographie [1] C. Payerl, G. Friberg: Functionality oriented design as response to requirements of liberalized electricity markets the PS-1 substation concept. Paper CIRED 2001 [2] A. Osterholt, G. Friberg, P. Maurer: Reliability assessment as basis for new transformer substation concepts. 13 th Conference of the Electric Power Supply Industry. CEPSI, Manila, Philippines, Revue ABB 1/2002